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由1,3-丁二烯氧化流出物回收3,4-环氧-1-丁烯.pdf

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  • 文档编号:888124
  • 上传时间:2018-03-16
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN98809493.2

    申请日:

    1998.09.09

    公开号:

    CN1271351A

    公开日:

    2000.10.25

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效申请日:1998.9.9|||公开

    IPC分类号:

    C07D301/10; C07D301/08

    主分类号:

    C07D301/10; C07D301/08

    申请人:

    伊斯曼化学公司;

    发明人:

    小J·L·斯塔维诺哈

    地址:

    美国田纳西州

    优先权:

    1997.09.29 US 08/939,393

    专利代理机构:

    中国专利代理(香港)有限公司

    代理人:

    庞立志;钟守期

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    内容摘要

    公开了由含有环氧丁烯、丁二烯、氧气、和一种惰性稀释剂的环氧化流出物中回收3,4-环氧-1-丁烯(环氧丁烯)的改进方法,其是在一种催化剂和一种惰性气体存在下,用一种含氧气体选择性环氧化丁二烯而得到。使用一种含液体丁烷和任选地,一种烃类稀释剂的提取剂,用吸收方法将环氧丁烯由流出物中分离。通过向回收系统加入碱,优选碱金属碱,可以抑制回收过程中环氧丁烯和水反应形成丁烯二醇。

    权利要求书

    1.由来自环氧化区的基本为气体的流出物中回收环氧丁烯的方
    法,其中,在催化剂和惰性稀释剂存在下,丁二烯与含氧气体接触以
    生产含环氧丁烯、丁二烯、氧气、惰性稀释剂和水的环氧化流出物,
    该方法包括将流出物加入到吸收容器中,其中,流出物在2至10bar
    (200至1,000kPa)压力和0至60℃温度下与含液体丁二烯的提取
    剂密切接触从而:
    (1)从吸收容器上部得到含提取剂和氧气的气体流出物;和
    (2)从吸收容器下部得到含环氧丁烯、提取剂和水的液体流
    出物;
    其中,碱性化合物被加入到吸收容器中,以便减少丁烯二醇的生成;
    且其中环氧丁烯是3,4-环氧-1-丁烯,丁二烯是1,3-丁二烯,丁烯二
    醇是3-丁烯-1,2-二醇和2-丁烯-1,4-二醇。
    2.根据权力要求1的方法,其中环氧化流出物含0.5至6%(摩
    尔)的环氧丁烯、4至50%(摩尔)的丁二烯、4至25%(摩尔)的
    氧气和1至5%(摩尔)的水,所用液体吸收溶剂量是每重量份环氧
    流出物0.1至0.6重量份。
    3.根据权力要求2的方法,其中碱性化合物选自1a族金属的氢
    氧化物、碳酸氢盐和碳酸盐;2a族金属的氢氧化物和碳酸盐、胺、氨
    基醇和碱性离子交换树脂。
    4.根据权力要求2的方法,其中(i)碱化合物选自钠和钾的氢
    氧化物、碳酸氢盐和碳酸盐并且以0.1至30%(重量)的水溶液形式
    加入和(ii)所加碱化合物的量使得由吸收容器下部流出的水相流出
    物(2)具有6至8的pH值。
    5.根据权力要求1的方法,其中催化剂是银催化剂,稀释剂是
    丁烷。
    6.由来自环氧化区的基本为气体的流出物中回收环氧丁烯的方
    法,其中,在银催化剂和丁烷存在下,丁二烯与含氧气体接触以生产
    含0.5至6%(摩尔)环氧丁烯、4至50%(摩尔)丁二烯、4至25
    %(摩尔)氧气、25至85%(摩尔)丁烷和1至5%(摩尔)水的环
    氧化流出物,该方法包括将该流出物加入到吸收容器中,其中该流出
    物在3至6bar(300至600kPa)压力和10至50℃温度下与液体
    丁烷和丁二烯的混合物密切接触从而:
    (1)由吸收容器上部得到含丁二烯、丁烷和氧气的气体流出
    物;和
    (2)由吸收容器下部得到含环氧丁烯、丁烷、丁二烯和水的
    液体流出物;
    其中将选自钠和钾的氢氧化物、碳酸氢盐和碳酸盐的碱金属碱化合物
    加入到吸收容器中,以便减少丁烯二醇的生成;其中环氧丁烯是3,4-
    环氧-1-丁烯,丁二烯是1,3-丁二烯,丁烯二醇是3-丁烯-1,2-二醇
    和2-丁烯-1,4-二醇。

    说明书

    由1,3-丁二烯氧化流出物回收3,4-环氧-1-丁烯

    本发明是关于由氧化流出物回收3,4-环氧-1-丁烯方法的改进,
    该流出物含有3,4-环氧-1-丁烯、未反应的1,3-丁二烯、一种惰性稀
    释剂和氧气,其是通过1,3-丁二烯选择性氧化产生的。更确切地说,
    本发明是关于通过向回收体系加碱阻止回收过程中形成二醇的上述
    回收方法。加入碱可以阻止系统中存在的水和3,4-环氧-1-丁烯反应
    生成丁烯二醇(3-丁烯-1,2-二醇和2-丁烯-1,4-二醇)和较高级低
    聚物,从而提高3,4-环氧-1-丁烯的收率。

    U.S.P.4,897,498和4,950,773公开了用1,3-丁二烯(本文中
    称作丁二烯)选择性环氧化制备3,4-环氧-1-丁烯(本文中称作环氧
    丁烯)的方法,其中在某种银催化剂的存在下让丁二烯与一种含氧气
    体接触。为得到环氧丁烯的高收率,(以消耗的丁二烯为基准),特
    别是以商业规模操作时,有必要将丁二烯的转化率保持在较低水平,
    例如大约是加到环氧化区丁二烯的2至30%(摩尔)。因此环氧化流
    出物含有大量的丁二烯,必须加以回收并循环至环氧化区。为得到环
    氧丁烯的高收率,还需要在加到环氧化区的气体原料中存在一种惰性
    气体稀释剂。通常使用占加到环氧化区气体原料大约25至85%(摩
    尔)的一种惰性气体例如甲烷、氮气、氦气等。

    环氧丁烯是一种非常活泼的化合物,可以用来制备多种化学品。
    由于环氧丁烯的活泼性,由环氧化流出物中的回收必须在温和条件下
    进行以避免它转化为其它不希望的化合物例如丁烯二醇和低聚物。可
    以通过将气体流出物压缩至足够高的压力使环氧丁烯液化而直接由
    环氧化流出物中回收环氧丁烯。但是,流出物的压缩需要使用一系列
    压缩机和换热器以便除去压缩热并将环氧丁烯保持在生成副产物最
    少的温度。

    用吸收技术回收气体产物为大家所熟悉,其中让气体物流与一种
    液体吸收剂接触,液体吸收剂也叫做提取剂或溶剂。U.S.P.5,117,012
    和5,312,931公开了由一种含环氧丁烯、丁二烯、一种惰性稀释气体
    和氧气的氧化流出物中回收环氧丁烯的方法,它是通过让该氧化流出
    物与液体丁二烯或液体丁二烯与丁烷的混合物在一个吸收区中接触
    以得到环氧丁烯在丁二烯或丁烷与丁二烯混合物中的溶液。
    U.S.P.5,117,012和5,312,931所公开的回收方法存在的一个问题是
    在回收区形成丁烯二醇(3-丁烯-1,2-二醇和2-丁烯-1,4-二醇)。
    由环氧丁烯和水反应形成丁烯二醇使环氧丁烯的收率能降低多达5%
    (摩尔)。从环氧丁烯回收过程中完全除去水是不可能的,因为在制
    备过程的丁二烯氧化工段生成水。

    我发现,向U.S.P.5,117,012和5,312,931所描述的回收方法使
    用的吸收器中加入一种碱可以减少丁烯二醇(3-丁烯-1,2-二醇和2-
    丁烯-1,4-二醇)和较高级低聚物的生成。人们深信,在环氧丁烯制
    备过程中形成的甲酸可引起或能催化环氧丁烯和水的反应而导致丁
    烯二醇的生成。根据本发明加入碱来中和甲酸可抑制和减少丁烯二醇
    的生成。因此,本发明是关于一种改进的由来自环氧化区的基本上是
    气体的流出物中回收环氧丁烯的方法,其中在一种催化剂和一种惰性
    稀释剂存在下,丁二烯与一种含氧气体接触以生产含环氧丁烯、丁二
    烯、氧气、惰性稀释剂和水的环氧化流出物,该方法包括将流出物加
    到吸收容器中,在这里,在2至10bar(200至1000kPa)压力和0
    至60℃温度下,该流出物与一种含液体丁二烯或液体丁烷与液体丁
    二烯混合物提取剂密切接触,从而:

    (1)由吸收容器上部得到含提取剂和氧气的气体流出物;和

    (2)由吸收容器下部得到含环氧丁烯、提取剂和水的液体流
    出物;

    在该方法中,将一种碱性化合物加到吸收容器中,以便减少丁烯
    二醇(3-丁烯-1,2-二醇和2-丁烯-1,4-二醇)在环氧丁烯回收系统
    中的生成。文中所用术语丁烷是C-4烃的总称,例如正丁烷、异丁烷、
    环丁烷和它们的混合物。文中所述环氧丁烯生产系统操作中所用丁烷
    由大约95%正丁烷和少量其它C-4和C-5化合物组成。

    附图是说明实施本发明方法原理的环氧丁烯生产系统的流程
    图。虽然本发明可以以各种形式得以实施,但图中和详细描述的下文
    给出了本发明优选实施方案。但是,本公开应当被看作是本发明的一
    个范例而不限于所述具体实施方案。本文提及的压力是以绝对压力
    bar给出;kPa值在其后的括号中注明。

    本发明可以与任何环氧化方法联合使用,在环氧化方法中,在一
    种催化剂和一种惰性气体存在下,丁二烯与一种含氧气体接触以生产
    一种含环氧丁烯、丁二烯、氧气、一种惰性稀释剂和水的流出物。
    U.S.P.4,897,498和4,950,773中描述的银催化的环氧化方法是可用
    于环氧化区的典型方法。环氧化区含有一个或多个任何形式的反应
    器,这些反应器可以除去反应热以避免因放热而发生温度漂移。例
    如,可以使用用于生产环氧乙烷的典型壳管式反应器。其它类型反应
    器设计包括多级绝热反应器、流化床反应器、移动床或输送床反应器
    等。

    加入环氧化区的原料包括各种比例的丁二烯、含氧气体和惰性稀
    释气体。一般,在爆炸极限以下的任何氧气(O2)浓度均可使用。例
    如,当用氮气作惰性气体时,最大氧气浓度通常在9%(摩尔)左右。
    当用甲烷作惰性稀释剂时,可以使用较高的氧浓度,例如可高至18
    %(摩尔)。当用丁烷作惰性稀释气体时,可以使用更高的氧浓度,
    例如可高至30%(摩尔)。典型的丁二烯浓度是4至50%(摩尔)。
    原料中丁二烯∶氧的摩尔比通常保持在1∶5至10∶1范围内。惰性气体
    通常占加入环氧化区总原料的25至85%(摩尔)。通常,原料中还
    含有少量,例如1至40ppm的卤化物源,例如1,2-二氯乙烷。也可
    以用各种其它有机卤化物,其中有很多在U.S.P.4,950,773中作了描
    述。有机卤化物在原料中更常用的浓度在2至10ppm范围内。原料
    中还可能含有少量,例如5%(摩尔)或更多的杂质例如多达4%(摩
    尔)的水和多达2%(摩尔)的二氧化碳。原料中还会存在一些殻迤尪
    通过将少量循环气放空可以控制氩气的含量。典型地,氩气的含量保
    持在低于10%。

    虽然环氧化区反应器可以在0.1至20bar(10至2000kPa)压
    力范围内操作,但通常使用的压力在1至3bar(100至300kPa)
    范围内。典型地,环氧化原料在进入环氧化反应器之前在预热器中被
    加热到175至225℃。通过调节反应器冷却剂,如果使用冷却剂的话,
    和/或预热器的温度,和/或原料中氧气和/或有机卤化物的浓度,将
    环氧化流出物的温度保持在180至250℃,优选200至230℃。

    U.S.P.4,897,498描述的银催化剂是环氧化催化剂的例子,它们
    可被用来将丁二烯转化为环氧丁烯。该催化剂优选负载型、以铯为助
    剂的银催化剂。

    气态环氧化流出物典型地含0.5至6%(摩尔)的环氧丁烯、4
    至50%(摩尔)的丁二烯、4至25%(摩尔)的氧气和25至85%(摩
    尔)的惰性气体。该流出物还含有在环氧化区生成的总量为0.5至10
    %(摩尔)的水、二氧化碳、丙烯醛、呋喃、乙烯基乙醛和丁烯醛。
    未消耗的有机卤化物也存在于环氧化流出物中。生成环氧丁烯的总选
    择性典型地是85-95%。本文所用丁二烯百分转化率是:

    生成3,4-环氧-1-丁烯的选择性百分数是:

    环氧化流出物被加到由一个或多个换热器和一个或多个压缩机
    组成的冷却/压缩区,流出物在这里被加压到3至10bar(300至1000
    kPa)绝对压力并冷却到0至100℃温度。冷却/压缩区可包括一个气
    /液分离器以便在加压和冷却的流出物加到吸收区之前从中除去任何
    冷凝的液体,例如水和/或丁烯二醇(3-丁烯-1,2-二醇和2-丁烯-1,4-
    二醇)。然后送往吸收区的氧化流出物含有1至5%(摩尔)水和甲
    酸,典型地含0.5至5ppm(v/v)甲酸。

    吸收区包含一个筒形压力容器,其中有能促进气/液密切接触的
    塔板或填料。适宜填料的例子包括科赫-苏尔兹填料、鲍尔环、贝尔
    鞍形填料和宾州填料。吸收容器通常提供例如在填料上方设置一个分
    离空间以避免或尽量减少由吸收容器上部分离的气体物流中夹带液
    体的手段。被加压、冷却的、基本上是气体的环氧化流出物被加到吸
    收容器下部,最好是接近容器底部。液体丁二烯或丁烷和丁二烯的液
    体混合物被加到吸收容器上部,最好是接近容器顶部并向下流动,从
    而从向上流动的环氧化流出物中吸收或洗提环氧丁烯组分。当用丁烷
    和丁二烯的混合物作吸收溶剂时,丁烷∶丁二烯摩尔比通常保持在
    20∶1至1∶2范围内,而优选摩尔比为12∶1至2∶1。环氧丁烯在丁二
    烯或丁烷和丁二烯混合物中的溶液由吸收容器底部移去,而含有环氧
    化流出物中的丁二烯、丁烷或其它惰性稀释剂、氧气和二氧化碳组分
    的气体则由容器顶部移去。

    如前所述,在2至15bar压力(200至1,500kPa)和0至60℃
    温度下,环氧化流出物与丁二烯或液体丁烷和丁二烯的混合物在吸收
    区密切接触。吸收区最好保持在3至13bar(300至1,300kPa)和
    0至60℃的压力和温度以尽量减少环氧丁烯与存在的少量活泼氢化合
    物之间的反应。在我的发明的一个优选实施方案中,选择温度和压力
    的特别组合以得到预定的丁二烯浓度,例如在从吸收容器移去的气体
    流出物中占4%至50%,优选7%至20%(摩尔)。这样得到的含丁二
    烯的气体流出物可直接或间接循环至环氧化区并为环氧化反应提供
    所有的丁二烯反应物和稀释剂。当用丁烷作惰性稀释气体时,吸收溶
    剂中丁烷与丁二烯的比例也决定了这些组分在吸收器气体流出物中
    的浓度。因此,保持吸收溶剂中丁烷与丁二烯的摩尔比例以便使吸收
    器的气体流出物中含有4至50%,优选7至20%(摩尔)的丁二烯
    和25至85%,优选40至80%(摩尔)的丁烷。吸收器气体流出物
    的摩尔百分组成可以通过对吸收器组分使用道尔顿定律和拉乌尔定
    律来确定。

    加到吸收容器的液体丁二烯或丁烷与丁二烯混合物的量可有很
    大变化,这取决于例如,所用的具体容器、填料和条件以及环氧化流
    出物进料的进料速度和组成。一般,吸收溶剂原料与环氧化流出物原
    料的重量比在0.1∶1至0.6∶1范围内。液体丁二烯或丁烷与丁二烯的
    液体混合物的进料温度典型地在0至60℃范围内。

    为减少丁烯二醇的生成,还向吸收容器中加入碱化合物。一般,
    任何可以中和甲酸的碱性物质都可用于本发明方法。适宜碱的例子包
    括1a族(碱)金属的氢氧化物、碳酸氢盐和碳酸盐;2a族(碱土)
    金属的氢氧化物和碳酸盐;胺例如叔胺,如含多至18个碳原子的三
    链烷基胺,氨基醇例如叔氨基链烷醇,如含多至大约20个碳原子的
    N,N-二烷基氨基链烷醇,碱性离子交换树脂以及类似物质。作为碱性
    物质,优选1a族金属的碳酸盐和碳酸氢盐,特别是钠和钾的碳酸盐
    和碳酸氢盐。由于水在吸收器中被除去,碱可以以水溶液的形式加进
    吸收器中。希望所用的碱不能与环氧丁烯反应或催化环氧丁烯的反
    应,并且既不溶于丁二烯也不溶于丁烷。如果碱性化合物或碱性材料
    可溶于水,则可以用滗析器从吸收器液体流出物中除去。如果碱是一
    种不溶性物质,例如碱性离子交换树脂,则可以保持在原来位置作为
    固定床或用过滤方法除去。碱性化合物可以单独加进吸收容器中,典
    型地是加到吸收容器上部,也可加到下文描述的吸收器底流循环管线
    中。还可以将碱性化合物在吸收器上游的某一点加入,虽然这种加入
    方式通常并不优选。优选的碱金属的碱化合物可以以浓度为0.1至30
    %(重量)水溶液形式加入,优选浓度为0.5至10%(重量)。

    所加碱金属的碱化合物的量可以改变,取决于系统中存在的甲酸
    的量。典型地,所加的碱与加进吸收器中的环氧化流出物的重量比是
    1∶5,000至1∶40,000。所加碱的优选量通常应该是仅仅能将pH值保
    持在5至9,pH值6至8最优选。吸收器中不加碱化合物时,吸收
    底流的典型pH值在2至3范围内。

    含环氧丁烯在丁二烯或丁烷与丁二烯混合物中溶液的液体流出
    物(吸收底流)从吸收容器底部移去并被加到丁二烯或丁烷/丁二烯
    回收区。可将一部分底流,例如多至95%(体积),循环至吸收容器。
    循环物流可任选地用一换热器加以冷却并返回吸收容器下部以控制
    或调节该容器中的温度。如上所述,碱性化合物或碱性材料可加进该
    循环物流中。环氧丁烯在吸收底流中的浓度可以有很大变化,例如,
    占该物流总重量的2%至40%。环氧丁烯的浓度通常在5至15%(重
    量)范围内(同一基准)。该底流还含有少量水、二醇和其它物质,
    例如,1至5%(重量)的水和0.01至2%(重量)的二醇。

    丁二烯(或丁烷/丁二烯)回收区包括一个蒸馏容器如蒸馏塔、
    一个在容器底部的热源、将由容器顶部流出的蒸汽加以冷凝的冷却设
    备和将水与冷凝液分离的一个分离器。吸收塔底流可以加到回收塔的
    中部以便(1)由塔上部得到含丁二烯或丁烷与丁二烯混合物的气体
    流出物和(2)由塔下部得到含粗环氧丁烯的液体流出物。气体流出
    物含有少量水,它可以由环氧丁烯生产系统中除去,方法是将该流出
    物冷凝以得到两相液体混合物并将水相与丁烷/丁二烯相分离。水与
    丁二烯或丁烷形成一种恒沸点混合物(恒沸物),其沸点在4.8bar
    (480kPa)压力下大约是43℃。将一部分,例如多至95%(重量)
    的冷凝丁二烯或丁烷/丁二烯相循环至丁烷/丁二烯回收容器上部有
    助于水的去除。从丁烷/丁二烯回收区移去的脱水丁二烯或丁烷/丁二
    烯物流可直接或间接与新鲜丁烷/丁二烯一起循环至吸收区。还必须
    加入新鲜的丁二烯以补充在反应器区消耗的丁二烯。补充的丁二烯和
    丁烷可以随吸收塔底流加到丁烷/丁二烯回收区。但是,新鲜的丁烷/
    丁二烯可以在循环回路的任何一点加入并且没有必要将补充的丁烷/
    丁二烯加到供给回收塔的丁烷和丁二烯的液体混合物中。

    回收塔中使用的条件可以变化很大,取决于所用的具体设备。压
    力和温度通常在2至6bar(200至600kPa)和5至150℃。塔最好
    在塔底压力和温度为2.5至5bar(250至500kPa)和100至130℃,
    塔顶压力和温度为2.5至5bar(250至500kPa)和5至50℃下操
    作。为避免生成丁二烯聚合产物,丁二烯或丁烷/丁二烯的回收最好
    在一种阻聚剂例如酚化合物如叔丁基邻苯二酚或一种胺氧化物存在
    下进行。阻聚剂可以加到丁烷/丁二烯回收塔的上部。例如,用一台
    低流速进料设备如注射泵向回收塔顶部加入基于从塔中移去的气体
    量的100至400ppm的阻聚剂可以大大抑制丁二烯聚合产物的生成。
    也可将阻聚剂加到吸收容器底部并在由吸收容器得到的液体流出物
    流中输送至回收区以便减少在输送管线和储罐中的聚合物生成。

    由丁二烯或丁烷/丁二烯回收区得到的液体底流含有环氧丁烯,
    典型地为90至99%(重量),和少量丁烷、丁二烯、乙烯基乙醛、
    丁烯二醇、乙烯基环己烯,巴豆醛和高沸点杂质。这种粗环氧丁烯可
    通过蒸馏方法进一步纯化,其中环氧丁烯由顶部取出,而大部分杂质
    由蒸馏塔底部除去。

    由于在加入环氧化区的气体中大量二氧化碳的存在对环氧化催
    化剂活性有不利影响,可任选地让含丁烷/丁二烯的流出气体通过一
    个脱二氧化碳区,在这里气体的二氧化碳浓度降低至小于2%(摩
    尔),低于1%(摩尔)为优选,低于0.5%(摩尔)为最优选。二
    氧化碳的去除可以用U.S.P.5,117,012和5,312,931中描述的设备
    来完成。

    由于在环氧化区要消耗氧气,在将由环氧丁烯吸收区(或二氧化
    碳去除区)得到的含有丁二烯的流出气体加到环氧化区之前,借助氧
    原料使其中氧含量得到增补。通常还要向该流出气体中加入一种有机
    卤化物(如上所述)。

    参照附图,将含有丁烷、丁二烯、氧气和一种有机卤化物的混合
    物由导管2加到换热器3中,该混合物在这里被预热至150至225℃,
    然后经导管4加到环氧化反应器5中。环氧化反应器可包括多根钢
    管,其中填有一种银催化剂,例如一种以铯为助剂的,负载型银催化
    剂。气体原料流过含催化剂的钢管,丁二烯在其中被选择性地氧化为
    环氧丁烯然后经导管6离开环氧化反应器。一种换热流体流过反应器
    管的外部以除去反应热。导管6内的压力和温度典型地是1至4bar
    (100至400kPa)和200至240℃。

    环氧化流出物通过导管6、8和10被加到换热器7和11和压缩
    机9中,其中流出物流的温度降低至0至100℃,压力增加到2至12
    bar(200至1200kPa)。冷却和加压的流出物由导管12输送到吸
    收器13。

    液体丁烷和丁二烯的混合物由丁烷/丁二烯回收罐15经导管14
    加到吸收器13的上部,吸收器中装有适宜的填料以便使由管道12
    加入的流出物和由管道14加入的液体丁烷/丁二烯混合物之间能够密
    切接触。由管道16向吸收器13加入0.5至10%(重量)的碳酸氢钾
    水溶液。吸收器13中的压力和温度在2至10bar(200至1000kPa)
    和0至60℃范围内,只要压力和温度的综合结果能使吸收器中保持
    液相。也要控制压力和温度条件以便使离开吸收器顶部的气体流出物
    中的丁烷和丁二烯两者都达到预定浓度。

    含有环氧丁烯在丁烷/丁二烯中的溶液的液体流出物由吸收器13
    底部流出并经导管17和18输送至水分离器19,然后经导管20和21
    至丁烷/丁二烯回收塔23中部。丁二烯或丁烷和丁二烯的混合物经管
    线27加进和并入导管20中。除补充在放空气中排走的丁烷和丁二烯
    外,该物流可含有用来补充反应器5中消耗的丁二烯。经导管16加
    进吸收器13的碱的量足以使离开分离器19的水的pH值达到6至8。
    一部分,例如多至95%(重量)液体流出物流可经导管24、换热器
    25和导管26循环至吸收器13。该循环物流的作用是为吸收器内提供
    附加的冷却。

    在由管线21加到塔23的液体溶液中环氧丁烯的浓度典型地是溶
    液总重量的5至25%。典型地,塔23装有塔板或填料并在塔底压力
    和温度为2.5至5bar(250至500kPa)和90至130℃,塔顶压力
    和温度为2.5至5bar(250至500kPa)和5至50℃下操作以便
    基本上将加进的所有丁烷/丁二烯蒸发。粗环氧丁烯的液体物流经导
    管28和29离开塔23和环氧丁烯生产体系。如有必要,该物流可通
    过一级或多级蒸馏进一步加以精制以提高环氧丁烯的纯度,例如达到
    99+%以上。

    在塔23中蒸发丁二烯或丁烷和丁二烯混合物所需的热量通过将
    一部分,例如多至95%(重量)的液体物流通过导管30、换热器(再
    沸器)31和导管32循环至塔23来提供。由任选的丁烷、丁二烯和少
    量水组成的气体经导管33从塔23移去,在换热器34中冷凝并由导
    管35加到水分离器36中。水在分离器36下部被收集并由导管38从
    生产系统中除去。通过将一部分,例如50至95%(重量)的冷凝丁
    烷或丁烷/丁二烯经管线37循环至塔23,可促进丁二烯或丁烷和丁二
    烯的混合物以及水与加进塔23的其它物质分离。也可以用例如管线
    37将丁二烯的阻聚剂加进塔23中。其余的冷凝丁二烯(或丁烷/丁二
    烯)由导管39输送到丁二烯(或丁烷/丁二烯)回收罐15。

    含丁二烯、任选丁烷、和氧气的气体流出物经导管40从吸收器
    13中移去。通常,气体流出物的丁二烯含量在4至50%,优选7至
    20%(摩尔)范围内。此外,如果使用丁烷,其含量通常占加到环氧
    化区总原料的25至85%(摩尔)。含丁烷(或丁烷/丁二烯)的气体
    流出物通过导管41、42、2和4以及预热器3被送往环氧化反应器5,
    为环氧化反应既提供丁二烯反应物,也提供惰性气体例如丁烷。当采
    用这种直接循环至环氧化反应器的模式时,将导管40的一部分物流
    通过导管46从生产系统中放空以避免二氧化碳在系统中过多地积
    累。氧气通过导管1与管线42的流出物合并以便将反应器原料中的
    氧气浓度提高到5至30%(摩尔)。

    或者也可以将经管线40从环氧丁烯吸收器13中移去的气体流出
    物全部或部分地由导管43送往二氧化碳去除区44,吸收器流出物中
    所含全部或部分二氧化碳在循环至环氧化反应器5之前在这里被除
    去。在U.S.P.5,117,012和5,312,931中描述了可用于二氧化碳去
    除区的设备。需要经管线46进行少量放空以便除去氩气,它是存在
    于加到环氧化区的氧原料中的一种杂质。

    利用附图中描述的环氧丁烯生产系统,通过以下实施例,进一步
    阐明本发明所提供的方法。流速以重量份数给出。环氧化反应器使用
    U.S.P.4,897,498中描述的以铯为助剂,负载型银催化剂的固定床。

    含丁烷(惰性气体)、氧气、丁二烯、水和4-5ppm 1,2-二氯乙
    烷的气体混合物在预热器3中被加热至180℃,并在2至2.5bar(200
    至250kPa)压力下以每小时24,214份的速度由管线4加到环氧化
    反应器5中。用一种惰性气体例如甲烷作为手段将1,2-二氯乙烷输送
    到环氧丁烯反应系统,1,2-二氯乙烷在反应过程任何一点的浓度通常
    不超过0.7%(重量)。含甲烷、氧气、丁烷、丁二烯、水、二氧化碳、
    环氧丁烯和高沸点物的环氧化流出气以每小时24,217份的速度经管
    线6离开反应器5并经换热器7和11和压缩机9由管线6、8、10和
    12输送到环氧丁烯吸收器13侧面接近底部处,该环氧丁烯吸收器由
    1.8m长,内径大约为10cm的一段不锈钢管组成。除了顶部0.5m
    的空间外,该吸收器填充了14.1升6.35mm的宾州填料。液体丁烷
    和丁二烯的混合物(84.7/15.1%(重量))在6.5bar(650kPa)压
    力和20℃温度下,以每小时6,143份的速度由导管14加到吸收器13
    侧面接近顶部处。1%(重量)的碳酸钾溶液经导管16加到吸收器13
    侧面接近顶部处。吸收器中的压力和温度是4.9bar(490kPa)和
    40℃。含丁烷、丁二烯、环氧丁烯、水、丁烯二醇和高沸点物的液体
    离开吸收器13并由导管17和18输送至分离器19。水和丁烯二醇分
    别以每小时13和5份的速度由管线22离开分离器19。离开分离器
    19的水/丁烯二醇的pH值通常在6.6至7.5范围内。补充的丁二烯
    (590份)和丁烷(18份)通过导管27加进导管20。该补充物和分
    离器中其余的液体以每小时6858份的速度经导管21加到丁烷/丁二
    烯回收塔23的中部。导管17的一部分物流以每小时127,220份的速
    度由管线24移出,在换热器25中冷却并经导管26循环到吸收器13
    底部。

    塔23在塔底压力和温度为4.8bar(480kPa)和125℃,塔顶
    压力和温度为4.8bar(480kPa)和45℃下操作。含环氧丁烯、丁
    烯二醇和高沸点物的液体物流以每小时676份的速度经导管28和29
    离开塔23底部和该生产系统。管线28的一部分液体物流由管线30
    取出,流经换热器31并经管线32加到塔23下部以保持其中塔底温
    度为125℃。如有必要,可将管线29中的粗环氧丁烯产品进行蒸馏以
    得到纯度超过99.5%的塔顶环氧丁烯产品。

    含甲烷、氧气、二氧化碳、丁烷和丁二烯的气体流出物以每小时
    24,035份的速度经管线40离开吸收器13并经管线43加到二氧化碳
    去除区44。虽然发现气体中存在的二氧化碳对环氧化反应有不利影
    响,但该气体流出物可经管线40、41、42、2和4和预热器3直接回
    到环氧化反应器5。除去二氧化碳的气体流出物以每小时23,780份的
    速度离开二氧化碳去除区44并由管线45、42、2和4以及预热器4
    输送至反应器5。管线40的一部分物流以每小时24份的速度由生产
    系统中放空(管线46)。甲烷、1,2-二氯乙烷和氧气的混合物以每小
    时1份的速度与管线42的物流合并。

    在以上实施例中,在平均丁二烯转化率为25.5mo1%,环氧丁烯总
    收率为88.2%下,以每小时每升催化剂0.084kg的速度生产环氧丁
    烯。通过将上述环氧丁烯生产系统连续操作300小时以上,便可以达
    到这一环氧丁烯生产速度。使用本发明的原理,丁烯二醇(3-丁烯-
    1,2-二醇和2-丁烯-1,4-二醇)以每kg 3,4-环氧-1-丁烯8-13g的
    速度生成。当没有碱性化合物经导管16加入吸收器13时,丁烯二醇
    以每kg 3,4-环氧-1-丁烯20至65g的速度生成。这些丁烯二醇生
    成速度是以通过分离器19和管线22以及通过管线29从环氧丁烯生
    产系统中移去的丁烯二醇的量为基准。

    水相物流用气相色谱仪(火焰离子化检测器)进行分析,以乙二
    醇为内标。物流29也用气相色谱仪(火焰离子化检测器)进行分析,
    以环己烷为内标。气体回路的组成用气相色谱仪(热导检测器)确定,
    使用相对响应因子。回路中的氧浓度用Illinois 2555型氧分析仪测
    定。

    以上实施例的某些物流组成在表I中列出,其中给出的数值是基
    于物流组成总重量的重量百分数。EpB是指3,4-环氧-1-丁烯,Diols
    是指3-丁烯-1,2-二醇和2-丁烯-1,4-二醇的混合物,高沸点物包括
    乙烯基乙醛、巴豆醛和高分子量化合物。

                              表I
    导管物流    O2   CO2   C4H6 C4H10  EpB  H2O  Diols    高沸点物

     2      11.2  0.3    9.4     76.0     0     0.6   0           0

     6      9.7   1.2    7.0     76.0     2.8   0.8   0           0

    12      9.7   1.2    7.0     76.0     2.8   0.8   0           0

    14      0     0.1    15.1    84.7     0     0     0           0

    40      9.7   1.2    9.5     76.7     0     0.5   0           0

    17      0.2   0.1    5.3     81.5     10.6  2.2   0.1         <0.1

    21      0.2   0.1    13.5    76.2     9.8   0.1   <0.1       <0.1

    29      0     0      0       0        99.4  0     0.3         0.3

    22      0     0      0       0        0     96.3  3.7         0

    表II列出当在根据前面给出的实施例生产的环氧丁烯回收过程
    中不使用碱、碳酸钾或碳酸氢钾时得到的的结果。在“生产的EpB”
    和“生产的Diol”下面给出的数值是每天生产的3,4-环氧-1-丁烯和
    二醇的重量份数,而在“Diol/EpB”下面给出的数值是每生产1重量
    份的3,4-环氧-1-丁烯时所生产的二醇的重量份数。

                         表II

                                                      Diol/
    实验编号    所用的碱      生产的EpB      生产的Diol   EpB

    1       KHCO3        16,120         173          0.011

    2       K2CO3       7,590          62           0.010

    3        无           10,850         582          0.054

    4        无           13,750         640          0.047

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